CN217689332U - 一种溅射电源硬弧检测电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种溅射电源硬弧检测电路，包括依序电连接的整流电路、可控H桥逆变电路、隔离升压变压器、输出整流滤波电路，以及控制电路，控制电路通过PWM调制波控制可控H桥逆变电路中各个开关管的通断；还包括硬弧检测电路，其是用于采集输出整流滤波电路输出端电流的输出电流采样电路和/或用于采集输出整流滤波电路输出端电压的输出电压采样电路，输出电流采样电路和/或输出电压采样电路分别于控制电路电连接，硬弧检测电路是采用纯模电电路实现。本实用新型的溅射电源硬弧检测电路可以在3us时间内检测出硬弧，确保在硬弧发生时能迅速检测并作出响应，以防止工艺膜破坏。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力电子领域，尤其涉及一种溅射电源硬弧检测电路。
背景技术
磁控溅射(HPPMS)技术作为物理气相沉积(PVD)的主要薄膜制备技术之一,相对于其他镀膜方法来说,具有低温沉积、膜厚容易控制、重复性好、溅射成膜的粒子能量适中、不产生大颗粒等优点。近十几年来,越来越多的研究者们投身于HPPMS技术的放电特性及其等离子体特性研究,其研究方法主要是通过研究放电伏安特性曲线来寻求靶电流的表现形式与放电等离子体之间的对应关系。对于溅射电源，主要关注的是打弧问题，一旦出现打弧，若不能快速有效停止输出，则将会造成材料和设备的损坏，因此，需要在极短的时间内检测出硬弧，然后采取响应动作，本实用新型提案将为此提供一种可以快速检测硬弧的溅射电源电路拓扑。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种可以在3us时间内检测出硬弧的溅射电源电气拓扑结构。
为此，提供一种溅射电源硬弧检测电路，包括依序电连接的整流电路、可控H桥逆变电路、隔离升压变压器、输出整流滤波电路，以及控制电路，所述控制电路通过PWM调制波控制可控H桥逆变电路中各个开关管的通断；还包括硬弧检测电路，其是用于采集输出整流滤波电路输出端电流的输出电流采样电路和/或用于采集输出整流滤波电路输出端电压的输出电压采样电路，所述输出电流采样电路和/或输出电压采样电路分别于所述控制电路电连接，所述硬弧检测电路是采用纯模电电路实现。
进一步的，输出电流采样电路包括有采样电阻、第一差分运算放大器、第一跟随器，所述采样电阻串联于输出整流滤波电路正输出端，所述第一差分运算放大器的两个输入端分别连接于采样电阻两端，第一差分运算放大器的输出端经所述第一跟随器连接至所述控制电路。
进一步的，所述输出电压的采样电路包括有第二差分运算放大器、第二跟随器，所述第二差分运算放大器的两个输入端分别连接输出整流滤波电路的两个输出端，第二差分运算放大器的输出端经第二跟随器连接至所述控制电路。
进一步的，差分运算放大器的两个输入端各串联有多个保护电阻。
进一步的，差分运算放大器的两个输入端以及跟随器的输出端各连接有一双向二极管来进行限压。
进一步的，所述整流电路是6脉波PFC整流电路。
进一步的，所述可控H桥逆变电路是LLC逆变电路。
本实用新型具有如下有益的技术效果：
本实用新型电源的硬弧检测不是直接检测硬弧，而是通过对电压、电流的检测，间接判断出硬弧，并且电流电压的采样采用纯模电电路实现，即采用电阻采样+运放+比较器的方案完成，而不是采用霍尔等电压、电流传感器检测方式，实现<3μs的检测速度，确保在硬弧发生时能迅速检测并作出响应，以防止工艺膜破坏。
附图说明
图1为本实用新型溅射电源的电路拓扑。
图2为本实用新型硬弧检测电路的电路拓扑。
具体实施方式
下文结合附图和具体实施例对本实用新型的技术方案做进一步说明。
如图1所示，溅射电源硬弧检测电路包括依序电连接的整流电路、可控H桥逆变电路、隔离升压变压器、输出整流滤波电路，以及控制电路，控制电路通过PWM调制波控制可控H桥逆变电路中各个开关管的通断。
本实施例中，三相AC380V电源经整流电路整流后，得到DC513V(直流母线电压)直流电压，再通过H桥逆变为单相交流输出，然后通过隔离升压变压器(原次边比＝1:3)升压，再整流，得到最高DC1500V以上电压输出。电源额定电压输出为DC400V，额定电流输出为50A，考虑到点火电压为DC1500V，电源输出电压范围为DC400V—DC1550V。
进一步的，设置整流电路采用为6脉波PFC整流电路，从而提高输入侧功率功率，同时减小对电网谐波的影响。此外，还可以设置可控H桥逆变电路采用为LLC逆变电路，以此提高了开关频率(频率可高达几百kHz)和减小了开关损耗，通过LLC逆变电路来提供开关频率后，可以减少输出整流滤波电路中电感电容等滤波元件参数值，降低其存储能量的能力，从而降低硬弧产生风险。
溅射设备在溅射时容易打弧，打弧会破坏工艺膜层质量，一旦出现硬弧，需迅速灭弧，以防止工艺膜破坏，所以，需要快速检测硬弧。为实现快速检测能力，本实施例的电源的硬弧检测不是直接检测硬弧，而是通过对电压、电流的检测，间接判断出硬弧。基于此，为了能够在3us时间内检测出硬弧，本实施例的溅射电源硬弧检测电路还设置一硬弧检测电路，其中硬弧检测电路具体是用于采集输出整流滤波电路输出端电流的输出电流采样电路和用于采集输出整流滤波电路输出端电压的输出电压采样电路，当然只检测其中一者也可。
由于输出电流采样电路和输出电压采样电路的电路拓扑结构相同，仅是多与少一个采样电阻的区别，本实施例仅以输出电流采样电路进行图示，如图2所示，输出电流采样电路包括有采样电阻(未示出)、第一差分运算放大器、第一跟随器，采样电阻串联于输出整流滤波电路正输出端，第一差分运算放大器的两个输入端分别连接于采样电阻两端，第一差分运算放大器的输出端经第一跟随器连接至控制电路。
同理，输出电压的采样电路包括有第二差分运算放大器、第二跟随器，第二差分运算放大器的两个输入端分别连接输出整流滤波电路的两个输出端，第二差分运算放大器的输出端经第二跟随器连接至控制电路。
上述两个差分运算放大器中，每个差分运算放大器的两个输入端各串联有至少四个500K欧的保护电阻进行输入保护，并且每个差分运算放大器的两个输入端以及每个跟随器的输出端各连接有一双向二极管来进行限压保护，确保采样电路不因大功率波动造成击穿，提升电路稳定性。
通过设置上述溅射电源硬弧检测电路，在电源出现硬弧后，由于输出电流会急剧增大，恒功率下输出电压急剧降低，所以通过对电压和/或电流的检测，就可以判断出是否出现硬弧的情况。本实施例中，控制电路若检测到输出电流急剧增大，或检测到输出电压急剧降低，则停止溅射电源硬弧检测电路的输出并驱动电控开关闭合，将储存在滤波电感、电容中的能量快速泄放，以防止电源储存能量进一步破坏工艺膜层。
上述具体实施例仅仅是本实用新型的几种优选的实施例，基于本实用新型的技术方案和上述实施例的相关启示，本领域技术人员可以对上述具体实施例做出多种替代性的改进和组合。
Claims (7)
1.一种溅射电源硬弧检测电路，其特征在于：
包括依序电连接的整流电路、可控H桥逆变电路、隔离升压变压器、输出整流滤波电路，以及控制电路，所述控制电路通过PWM调制波控制可控H桥逆变电路中各个开关管的通断；
还包括硬弧检测电路，其是用于采集输出整流滤波电路输出端电流的输出电流采样电路和/或用于采集输出整流滤波电路输出端电压的输出电压采样电路，所述输出电流采样电路和/或输出电压采样电路分别于所述控制电路电连接，所述硬弧检测电路是采用纯模电电路实现。
2.根据权利要求1所述的一种溅射电源硬弧检测电路，其特征在于：输出电流采样电路包括有采样电阻、第一差分运算放大器、第一跟随器，所述采样电阻串联于输出整流滤波电路正输出端，所述第一差分运算放大器的两个输入端分别连接于采样电阻两端，第一差分运算放大器的输出端经所述第一跟随器连接至所述控制电路。
3.根据权利要求1所述的一种溅射电源硬弧检测电路，其特征在于：所述输出电压的采样电路包括有第二差分运算放大器、第二跟随器，所述第二差分运算放大器的两个输入端分别连接输出整流滤波电路的两个输出端，第二差分运算放大器的输出端经第二跟随器连接至所述控制电路。
4.根据权利要求2或3所述的一种溅射电源硬弧检测电路，其特征在于：差分运算放大器的两个输入端各串联有多个保护电阻。
5.根据权利要求4所述的一种溅射电源硬弧检测电路，其特征在于：差分运算放大器的两个输入端以及跟随器的输出端各连接有一双向二极管来进行限压。
6.根据权利要求1所述的一种溅射电源硬弧检测电路，其特征在于：所述整流电路是6脉波PFC整流电路。
7.根据权利要求1所述的一种溅射电源硬弧检测电路，其特征在于：所述可控H桥逆变电路是LLC逆变电路。
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2021
- 2021-12-30 CN CN202123408214.7U patent/CN217689332U/zh active Active
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